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Controle Mecânico das Reacções Químicas Usando a Nanotecnologia

Published on September 18, 2010 at 12:47 AM

Os físicos do UCLA tomaram uma etapa significativa em controlar reacções químicas mecanicamente, um professor importante Giovanni Zocchi do avanço na nanotecnologia, da física do UCLA e os colegas relatam.

As Reacções químicas na pilha são catalisadas pelas enzimas, que são as moléculas de proteína que aceleram reacções. Cada proteína catalisa uma reacção específica. Em uma reacção química, duas moléculas colidem e trocam átomos; a enzima é o terceiro, “parteira à reacção.”

Mas as moléculas têm que colidir em uma determinada maneira para que a reacção ocorra. A enzima liga às moléculas e alinha-as acima, forçando as para colidir na maneira “direita”, assim a probabilidade que as moléculas trocarão átomos são muito mais altas.

“Em vez apenas de olhar o que as moléculas fazem, nós podemos mecanicamente incitá-lo,” disse Zocchi, autor superior da pesquisa.

Para fazer o esse, Zocchi e seus alunos diplomados, Chiao-Yu Tseng e Andrew Wang, anexaram uma mola molecular verificável feita do ADN à enzima. A mola é aproximadamente 10.000 vezes menor do que o diâmetro de um cabelo humano. Podem mecanicamente desligar a enzima sobre e e controlar como rapidamente a reacção química ocorre. Em sua pesquisa mais nova, anexaram a mola molecular em três lugar diferentes na enzima e puderam influenciar mecanicamente etapas específicas diferentes da reacção.

Publicaram sua pesquisa nas Letras de Europhysics do jornal, uma publicação da Sociedade Física Européia, em julho.

“Nós forçamos a enzima em maneiras diferentes,” Zocchi disse. “Nós podemos medir o efeito na reacção química de forçar a molécula esta maneira ou essa maneira. Forçar a molécula em lugar diferentes produz respostas diferentes. Se você anexa a mola molecular em um lugar, nada acontece muito à reacção química, mas você anexa-à um lugar diferente e você afecta uma etapa na reacção química. Então você anexa-à um terceiro lugar e afecta-o uma outra etapa nesta reacção química.”

Zocchi, Tseng e Wang estudaram a taxa das reacções químicas e relataram em detalhe o que aconteceu às etapas das reacções enquanto aplicou o esforço mecânico à enzima em lugares diferentes.

“Estando nos ombros de 50 anos de estudos estruturais das proteínas, nós olhamos além da descrição estrutural na dinâmica, especificamente a pergunta de que forças - e aplicado onde - tenha que efeito nas taxas de reacção,” Zocchi disse.

Em um segundo papel relacionado, Zocchi e seus colegas alcançaram uma conclusão surpreendente em resolver um enigma de longa data da física.

Quando um dobra um ramo de árvore recto ou uma haste recta comprimindo a longitudinalmente, o ramo ou a haste no início permanecem recto e não se dobram até que alguma força crítica esteja excedida. Na força crítica, não dobra um pouco - ele de repente curvaturas e não se dobra muito.

“Este fenômeno é conhecido a toda a criança que fizer curvas dos ramos do arbusto da avelã, por exemplo, que são tipicamente bastante rectos. Para amarrar a curva, você tem que comprimir nela duramente para curvá-la, mas uma vez que é dobrada, você precisa somente uma força menor de mantê-la Assim,” Zocchi disse.

Os físicos do UCLA estudaram a energia elástica de sua mola molecular do ADN em que é dobrada agudamente.

“Uma molécula dobro-encalhada tão curto do ADN é um tanto similar a uma haste, mas a elasticidade do ADN nesta escala não foi sabida,” Zocchi disse. “Que é a força o ADN que a mola molecular está exercendo na enzima? Nós respondemos a esta pergunta.

“Nós encontramos que há uma bifurcação similar com esta molécula do ADN. Vai da dobra lisamente a ter uma torção. Quando nós dobramos esta molécula, há uma força crítica onde haja uma diferença qualitativa. A molécula é como o ramo de árvore e a haste a este respeito. Se você é apenas um pequeno abaixo do ponto inicial, o sistema tem um tipo do comportamento; se você é apenas um pequeno acima da força do ponto inicial, o comportamento é totalmente diferente. A realização era medir directamente a energia elástica desta molécula forçada, e da energia elástica caracterize a torção.”

Os Co-autores nesta pesquisa são alunos diplomados Hao Qu, Chiao-Yu Tseng e Yong Wang e professor adjunto da física do UCLA do UCLA da química e da bioquímica Alexander Levine, que é um membro do Instituto de Califórnia NanoSystems no UCLA. A pesquisa foi publicada em abril, também nas Letras de Europhysics do jornal.

“Nós podemos agora medir para toda a molécula específica do ADN qual o ponto inicial da energia elástica para a instabilidade for,” Zocchi dissemos. “Eu ver a beleza neste fenômeno importante. Como é possível que o mesmo princípio se aplica a um ramo de árvore e a uma molécula? Contudo faz. A essência da física está encontrando o comportamento comum nos sistemas que parecem muito diferentes.”

Quando a pesquisa de Zocchi puder ter pedidos para a medicina e os outros campos, sublinha o avanço no conhecimento próprio.

“Há um valor na ciência que adiciona ao nosso conhecimento e nos ajuda a compreender nosso mundo, independentemente do valor das aplicações futuras,” disse. “Eu estudo problemas que Eu encontro interessante, onde Eu penso Eu posso fazer uma contribuição. Por Que estude um problema particular um pouco do que outro? Talvez pela mesma razão um pintor escolhe uma paisagem particular. Talvez nós vemos a beleza lá.”

Source: http://www.ucla.edu/

Last Update: 12. January 2012 09:36

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